CH672558A5

CH672558A5 -

Info

Publication number: CH672558A5
Application number: CH5017/86A
Authority: CH
Inventors: Harold Lee Nelson; Thomas Gerald Dunlap; Eric Bertil Johansson; Bruce Matzner
Original assignee: Gen Electric
Priority date: 1985-12-20
Filing date: 1986-12-16
Publication date: 1989-11-30
Also published as: DE3645230C2; SE8605427D0; SE9003877D0; ES2003983A6; DE3641974A1; SE503854C2; DE3641974C2; US4675154A; SE8605427L; SE9003877L; JPS62177487A; IT8622784A0; SE464841B; IT1199824B; JPH0778548B2

Description

BESCHREIBUNG DESCRIPTION

In bekannten Typen von Kernreaktoren, beispielsweise in einem Siedewasserreaktor, wie er in dem Kernkraftwerk in Dresden in der Nähe von Chicago, Illinois, benutzt wird, weist der Reaktorkern mehrere mit Abstand voneinander angeordnete Brennelemente auf, die in einer Matrix angeordnet sind, welche zu einer sich selbst aufrechterhaltenden Kernspaltungsreaktion in der Lage ist. Der Kern ist in einem Druckbehälter enthalten, in welchem er in ein Arbeitsfluid, wie beispielsweise leichtes Wasser, untergetaucht ist, das sowohl als Kühlmittel als auch als Neutronenmoderator dient. Jedes Brennelement weist einen herausnehmbaren rohrförmigen Durchflusskanal auf, der typisch einen ungefähr quadratischen Querschnitt hat und eine Matrix aus langgestreckten, umhüllten Brennstoffstäben umgibt, die einen geeigneten Brennstoff, wie beispielsweise Uranoder Plutoniumoxid, enthalten und zwischen einer oberen und einer unteren Ankerplatte gehaltert sind. Die Brennelemente sind in einer Matrix mit gegenseitigem Abstand in dem Druckbehälter zwischen einem oberen Kerngitter und einem unteren Kernträger gehaltert. Die untere Ankerplatte jedes Brennelements ist mit einem Nasenstück versehen, das in eine Haltebuchse zur Verbindung mit einer Versorgungskammer für unter Druck stehendes Kühlmittel passt. Das Nasenstück ist mit Öffnungen versehen, durch die das unter Druck stehende Kühlmittel aufwärts durch die Brennelementdurchlusskanäle strömt, um Wärme aus den Brennstoffstäben abzuleiten. Ein typisches Brennelement dieses Typs ist beispielsweise in der US-PS 3 689 358 beschrieben. Ein Beispiel eines Brennstoffstabes ist in der US-PS 3 378 458 beschrieben. In known types of nuclear reactors, for example in a boiling water reactor, such as is used in the nuclear power plant in Dresden near Chicago, Illinois, the reactor core has a plurality of fuel elements which are arranged at a distance from one another and are arranged in a matrix which is arranged in one self-sustaining nuclear fission reaction. The core is contained in a pressure vessel in which it is submerged in a working fluid, such as light water, which serves both as a coolant and as a neutron moderator. Each fuel assembly has a removable tubular flow channel, which is typically approximately square in cross-section and surrounds a matrix of elongated, encased fuel rods containing a suitable fuel, such as uranium or plutonium oxide, and held between upper and lower anchor plates. The fuel assemblies are held in a mutually spaced matrix in the pressure vessel between an upper core lattice and a lower core support. The lower anchor plate of each fuel assembly is provided with a nose piece that fits into a retainer for connection to a supply chamber for pressurized coolant. The nose piece is provided with openings through which the pressurized coolant flows upward through the fuel passage channels to remove heat from the fuel rods. A typical fuel assembly of this type is described, for example, in U.S. Patent 3,689,358. An example of a fuel rod is described in U.S. Patent 3,378,458.

Weitere Information über Kernreaktoren findet sich beispielsweise in «Nuclear Power Engineering», M. M. El-Wakil, McGraw-Hill Book Company, Inc., 1962. Further information on nuclear reactors can be found, for example, in "Nuclear Power Engineering", M.M. El-Wakil, McGraw-Hill Book Company, Inc., 1962.

Ein typisches Brennelement wird beispielsweise durch eine Matrix von gegenseitigen Abstand aufweisenden Brennstoffstäben gebildet, die zwischen einer oberen und einer unteren Ankerplatte gehaltert sind, wobei die Stäbe mehrere Fuss lang sind, einen Durchmesser in der Grössenordnung von 12,7 mm (one-half inch) haben und einen gegenseitigen Abstand von einigen Millimetern aufweisen. Zum Erzeugen einer richtigen Kühlmittelströmung vorbei an den Brennstoffstäben ist es wichtig, die Brennstoffstäbe in festem Abstand zu halten und sie am Biegen und Vibrieren während des Reaktorbetriebes zu hindern. Mehrere Brennstoffstababstandshalter, die in gegenseitigem Abstand über der Länge des Brennelements positioniert sind, sind für diesen Zweck vorgesehen. Diese Abstandshalter sind beispielsweise in der US-PS 4 508 679 beschrieben. A typical fuel assembly is formed, for example, by a matrix of spaced apart fuel rods held between an upper and a lower anchor plate, the rods being several feet long, on the order of 12.7 mm (one-half inch) in diameter. have a mutual distance of a few millimeters. To create a proper coolant flow past the fuel rods, it is important to keep the fuel rods a fixed distance away and to prevent them from bending and vibrating during reactor operation. Several fuel rod spacers, spaced apart along the length of the fuel assembly, are provided for this purpose. These spacers are described, for example, in U.S. Patent 4,508,679.

In einem typischen Siedewasserreaktor haben die Brennelemente gegenseitigen Abstand, wie es beispielsweise in der US-PS 3 802 995 beschrieben ist. Dadurch verbleiben Spalte oder Kanäle zwischen den Brennelementen, die mit relativ kühlem In a typical boiling water reactor, the fuel elements are spaced from one another, as described, for example, in US Pat. No. 3,802,995. This leaves gaps or channels between the fuel assemblies that are relatively cool

Wasser-Moderator gefüllt sind. Die peripheren Brennstoffstäbe der Brennelemente sind daher Neutronen relativ niedriger thermischer Energie ausgesetzt, die wahrscheinlicher eine Spaltung in dem Brennstoff verursachen, wogegen die Brennstoffstäbe in dem inneren Bereich der Brennelemente Neutronen mit höherer thermischer Energie ausgesetzt sind. Water moderator are filled. The peripheral fuel rods of the fuel assemblies are therefore exposed to neutrons of relatively low thermal energy, which are more likely to cause fission in the fuel, whereas the fuel rods in the inner region of the fuel assemblies are exposed to neutrons with higher thermal energy.

Ausserdem wird durch Sieden in dem oberen Teil des Siedewasserreaktorkerns die Neutronenmoderation in den oberen Bereich der Brennelemente reduziert. In addition, boiling in the upper part of the boiling water reactor core reduces the neutron moderation in the upper region of the fuel elements.

Die peripheren Brennstoffstäbe tendieren, weil sie einer relativ grösseren Menge an thermischen Neutronen niedriger Energie ausgesetzt sind, zum Erzeugen von relativ mehr Leistung und haben daher einen höheren Wärmefluss als die Brennstoffstäbe in dem inneren Bereich. Zum Unterstützen der Kühlung der peripheren Brennstoffstäbe und zum Vermischen der durch das Brennelement hindurchgehenden Wasserströmung können nach innen gebogene Strömungsablenklappen dem peripheren Halteband der Brennstoffstababstandshalter hinzugefügt werden. Solche Leitbleche sind beispielsweise in der US-PS 4 061 536 beschrieben. The peripheral fuel rods tend to produce relatively more power because they are exposed to a relatively larger amount of low energy thermal neutrons and therefore have a higher heat flow than the fuel rods in the inner region. To aid cooling of the peripheral fuel rods and to mix the water flow passing through the fuel assembly, inwardly curved flow deflector flaps can be added to the peripheral tether of the fuel rod spacers. Such baffles are described, for example, in US Pat. No. 4,061,536.

Ein ungleiches Moderator/Brennstoff-Verhältnis kann durch die Verwendung von «Teillänge»-Brennstoffstäben gemildert werden, die sich nur über den unteren (blasenfreien) Bereich des Brennelements erstrecken, wie es beispielsweise in der US-PS 2 998 367 beschrieben ist. An uneven moderator / fuel ratio can be mitigated by using "partial length" fuel rods that only extend over the lower (bubble free) region of the fuel assembly, as described, for example, in U.S. Patent 2,998,367.

Zum Mildern der ungleichen Neutronenmoderation, die durch die Wasserkanäle verursacht wird, welche jedes Brennelement umgeben, und durch das Sieden in dem oberen Bereich des Reaktorkerns, können ein oder mehrere zentrale Brennstoffstäbe durch wasserführende Rohre ersetzt werden, die blasenfreies Wasser zu dem oberen Bereich des Brennelements transportieren. Solche Anordnungen sind beispielsweise-in den vorerwähnten US-Patentschriften 3 802 995 und 4 420 458 beschrieben. Gemäss diesen beiden US-Patentschriften haben die Wasserrohre etwa denselben Durchmesser wie die Brennstoffstäbe. To alleviate the unequal neutron moderation caused by the water channels surrounding each fuel assembly and by boiling in the top of the reactor core, one or more central fuel rods can be replaced with water-carrying tubes that deliver bubble-free water to the top of the fuel assembly transport. Such arrangements are described, for example, in the aforementioned U.S. Patents 3,802,995 and 4,420,458. According to these two US patents, the water pipes have approximately the same diameter as the fuel rods.

Die Idee, ein grosses Wasserrohr zu benutzen (z.B. eines, das vier Brennstoffstäbe ersetzt), ist beispielsweise auch aus der US-PS 3 132 076 (Fig. 5) und aus der US-PS 3 808 098 bekannt. The idea of using a large water pipe (e.g. one that replaces four fuel rods) is also known, for example, from US Pat. No. 3,132,076 (Fig. 5) and from US Pat. No. 3,808,098.

Die Verwendung eines solchen grossen Wasserrohres bringt jedoch Probleme mit sich, die im Stand der Technik weder angesprochen noch gelöst sind. Ein so grosses Wasserrohr ist von Haus aus ziemlich steif (im Vergleich zu den Brennstoffstäben kleineren Durchmessers). Wenn ein so grosses Wasserrohr an der unteren Ankerplatte befestigt wird, stellt es daher ein relativ starres Teil dar, das das Brennelement durch die Durchlässe in den Brennstoffstababstandhaltern durchquert. The use of such a large water pipe, however, brings with it problems which are neither addressed nor solved in the prior art. Such a large water pipe is inherently quite stiff (compared to the smaller diameter fuel rods). When such a large water pipe is attached to the lower anchor plate, it is therefore a relatively rigid part that crosses the fuel assembly through the passages in the fuel rod spacers.

Wenn das Brennelement Querbelastungen ausgesetzt ist, beispielsweise während eines Erdbebens, ist im allgemeinen davon auszugehen, dass die untere Ankerplatte und das Nasenstück des Brennelements ihren Sitz in ihrer Haltebuchse behalten, wogegen der obere Teil des Brennelements eine Quer Verlagerung erfahren kann. In einem solchen Fall kann das relativ steife grosse Wasserrohr die Brennstoffstababstandshalter Querbelastungen aussetzen, die die Belastbarkeit der Abstandshalter (insbesondere der untersten Abstandshalter) übersteigen. When the fuel assembly is subjected to transverse loads, for example during an earthquake, it can generally be assumed that the lower anchor plate and the nose piece of the fuel assembly remain seated in their holding bush, whereas the upper part of the fuel assembly can undergo a transverse displacement. In such a case, the relatively stiff, large water pipe can subject the fuel rod spacers to transverse loads that exceed the load capacity of the spacers (especially the lowest spacers).

Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung eines gegenüber bestehenden Ausführungen verbesserten Kernreaktor-Brennele-ments, das bestrebt ist, die Neutronenmoderation auszugleichen, die Wärmeübertragung zu verbessern und den Kühlmitteldruckabfall zu minimieren. The object of the invention is to provide an improved nuclear reactor fuel element compared to existing designs, which strives to compensate for neutron moderation, improve heat transfer and minimize the coolant pressure drop.

Dabei soll eine Befestigungsanordnung für ein Wasserrohr geschaffen werden, die übermässige Querbelastungen an den Brennstoffstababstandshaltern vermeidet. A fastening arrangement for a water pipe is to be created which avoids excessive transverse loads on the fuel rod spacers.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss durch die Merkmale im Kennzeichnungsteil des ersten Anspruches gelöst. According to the invention, this object is achieved by the features in the characterizing part of the first claim.

Das dabei geschaffene Befestigungsteil gestattet eine seitli5 The fastening part created thereby allows a seitli5

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che Verlagerung des oberen Endes des Wasserrohres, ohne dass übermässige Kräfte auf die Brennstoffstababstandshalter ausgeübt werden. Das Wasserrohr ist oberhalb und unterhalb jedes Abstandshalters mit sich radial erstreckenden Nasen versehen, um die Abstandshalter in ihren axialen Positionen zu halten. che displacement of the upper end of the water pipe without exerting excessive forces on the fuel rod spacers. The water tube is provided with radially extending tabs above and below each spacer to hold the spacers in their axial positions.

Das Befestigungsteil kann an seinem unteren Ende an der unteren Ankerplatte befestigt sein, das Wasserrohr an oder nahe beim oberen Ende der Brennstoffzone enden, und der Bereich der oberen Ankerplatte kann oberhalb des Wasserrohres offen sein, um den Kühlmitteldruckabfall zu verringern. The fastener may be attached at its lower end to the lower anchor plate, the water pipe may end at or near the upper end of the fuel zone, and the area of the upper anchor plate above the water pipe may be open to reduce the coolant pressure drop.

Ferner kann das Wasserrohr zwischen der oberen und unteren Ankerplatte gehaltert sein. Das flexible Befestigungsteil hat in dieser Ausführung die Form eines Rohres, das Öffnungen nahe dem unteren Ende des Brennelements aufweist, in die un-terkühltes Wasser einströmen und dann aufwärts in das Wasserrohr strömen kann, das Wasseraustrittsöffnungen an oder nahe dem oberen Ende der Brennstoffzone hat. Ein oberes Halteteil oder ein Fortsatz kleineren Durchmessers, der an dem oberen Ende des Wasserrohres angebracht ist, erfasst einen Haltehohlraum in der oberen Ankerplatte. Furthermore, the water pipe can be held between the upper and lower anchor plate. The flexible fastener in this embodiment is in the form of a tube that has openings near the lower end of the fuel assembly into which supercooled water can flow and then flow up into the water pipe that has water outlets at or near the upper end of the fuel zone. An upper holding part or an extension of smaller diameter, which is attached to the upper end of the water pipe, engages a holding cavity in the upper anchor plate.

Es können ferner zwingenartige Brennstoffstababstandshalter für einen niedrigen Kühlmitteldruckabfall, Kühlmittelströ-mungsablenkrohre an dem peripheren Halteband der Abstandshalter für die Kühlmittel Vermischung und eine verbesserte Wärmeübertragung von den Oberflächen der peripheren Brennstoffstäbe aus und Teillänge-Brennstoffstäbe vorgesehen werden, die bestrebt sind, das Moderator/Brennstoff-Verhältnis auszugleichen sowie den Kühlmitteldruckabfall in dem Brennelement zu verringern. Forced fuel rod spacers for low coolant pressure drop, coolant flow deflecting tubes on the peripheral tether of the spacers for the coolant mixing, and improved heat transfer from the surfaces of the peripheral fuel rods, and part length fuel rods that tend to be the moderator / fuel- Compensate ratio and reduce the coolant pressure drop in the fuel assembly.

Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele des Gegenstandes der Erfindung anhand der Zeichnung näher beschrieben. Es zeigen: Exemplary embodiments of the subject matter of the invention are described in more detail with reference to the drawing. Show it:

Fig, 1 einen Längsschnitt durch ein Brennelement mit einer Befestigungsvorrichtung für ein Wasserrohr, 1 shows a longitudinal section through a fuel assembly with a fastening device for a water pipe,

Fig. 2 eine schematische Darstellung der Seitenkraft, die durch das Wasserrohr auf den Brennstoffstababstandshalter ausgeübt wird, 2 is a schematic representation of the lateral force exerted by the water pipe on the fuel rod spacer.

Fig. 3 eine Seitenansicht, teilweise im Schnitt der Befestigungsvorrichtung für das Wasserrohr in der Ausführungsform nach Fig. 1, 3 is a side view, partly in section, of the fastening device for the water pipe in the embodiment according to FIG. 1,

Fig. 4 eine Draufsicht auf die obere Ankerplatte des Brennelements nach Fig. 1, 4 shows a plan view of the upper anchor plate of the fuel assembly according to FIG. 1,

Fig. 5 eine schematische Darstellung der Befestigungsvorrichtung, welche die Verringerung der Seitenkräfte an dem Brennstoffstababstandshalter veranschaulicht, 5 is a schematic illustration of the fastening device, which illustrates the reduction of the lateral forces on the fuel rod spacer,

Fig. 6 eine Seitenansicht, teilweise im Schnitt, einer Variante der Befestigungsanordnung nach Fig. 1, 6 is a side view, partly in section, of a variant of the fastening arrangement according to FIG. 1,

Fig. 7 einen Längsschnitt durch ein Brennelement mit einer weiteren Ausführungsform der Befestigungsanordnung, 7 shows a longitudinal section through a fuel assembly with a further embodiment of the fastening arrangement,

Fig. 8A und 8B eine Seitenansicht, teilweise im Schnitt der Befestigungsanordnung nach Fig. 7, und 8A and 8B are a side view, partly in section of the fastening arrangement according to FIG. 7, and

Fig. 9 eine Draufsicht eines Brennstoffstababstandshalters zur Aufnahme des Wasserrohres. Fig. 9 is a plan view of a fuel rod spacer for receiving the water pipe.

Gemäss der Darstellung in Fig. 1 weist ein Brennelement 21 mehrere in gegenseitigem Abstand angeordnete Brennstoffstäbe 22 auf, die zwischen einer oberen Ankerplatte 23 und einer unteren Ankerplatte 24 gehaltert sind. (Eine 8x8 — Matrix ist dargestellt, der "Übersichtlichkeit halber sind aber nur einige der Brerinstoffstäbe 22 gezeigt.) Die Brennstoffstäbe 22 sind durch mehrere Brennstoffstababstandshalter 26 (von denen nur einer in Fig. 1 gezeigt ist) hindurchgeführt, die eine Zwischenhalte-rung bilden, um die langgestreckten Brennstoffstäbe in gegenseitigem Abstand zu halten und an seitlicher Vibration zu hindern. 1, a fuel assembly 21 has a plurality of fuel rods 22 which are arranged at a mutual spacing and are held between an upper anchor plate 23 and a lower anchor plate 24. (An 8x8 matrix is shown, but "only some of the fuel rods 22 are shown for the sake of clarity.) The fuel rods 22 are passed through a plurality of fuel rod spacers 26 (only one of which is shown in FIG. 1), which form an intermediate holder to keep the elongated fuel rods apart and prevent them from vibrating sideways.

Jeder Brennstoffstab 22 besteht aus einem langgestreckten Rohr, das eine Säule von Kernbrennstoff 27 enthält. Ein Sammelraum an dem oberen Ende des Brennstoffstabes 22 enthält eine Feder 25, die die Brennstoffsäule in ihrer Position hält. Each fuel rod 22 consists of an elongated tube that contains a column of nuclear fuel 27. A plenum at the top of the fuel rod 22 contains a spring 25 that holds the fuel column in place.

Die Brennstoffstäbe 22 sind durch einen oberen Endstopfen 28 und einen unteren Endstopfen 29 verschlossen. Die unteren Endstopfen 29 sind mit einem Konus versehen zur Halterung und Abstützung in Hohlräumen 31 in der unteren Ankerplatte 24. Die oberen Endstopfen 28 sind mit Fortsätzen 32 versehen, deren obere Enden in Haltehohlräume in der oberen Ankerplatte 23 passen. The fuel rods 22 are closed by an upper end plug 28 and a lower end plug 29. The lower end plugs 29 are provided with a cone for holding and supporting in cavities 31 in the lower anchor plate 24. The upper end plugs 28 are provided with extensions 32, the upper ends of which fit into holding cavities in the upper anchor plate 23.

Von den Haltehohlräumen 31 in der unteren Ankerplatte 24 sind mehrere (z.B. ausgewählte periphere Hohlräume) mit Gewinde zur Aufnahme der Endstopfen von Verankerungsbrennstoffstäben 22' versehen, die mit Gewinde versehene Endstopfenschäfte 29' haben. Fortsätze 32' der Endstopfen 28 derselben Brennstoffstäbe sind langgestreckt, so dass sie durch die Hohlräume in der oberen Ankerplatte 23 hindurchführbar sind, und sind mit Gewinde zur Aufnahme von Haltemuttern 33 versehen. Auf den Fortsätzen 32 sind zwischen den oberen Endstopfen 28 und der oberen Ankerplatte 23 Ausdehnungsfedern 34 angeordnet. Auf diese Weise sind die obere und die untere Ankerplatte und die Brennstoffstäbe zu einem einstückigen Gebilde vereinigt. Of the holding cavities 31 in the lower anchor plate 24, several (e.g., selected peripheral cavities) are threaded to receive the end plugs of anchoring fuel rods 22 'that have threaded end plug shafts 29'. Extensions 32 'of the end plugs 28 of the same fuel rods are elongated so that they can be passed through the cavities in the upper anchor plate 23, and are provided with threads for receiving retaining nuts 33. Extension springs 34 are arranged on the extensions 32 between the upper end plugs 28 and the upper anchor plate 23. In this way, the upper and the lower anchor plate and the fuel rods are combined into one piece.

Das Brennelement 21 weist weiter einen am Ende offenen, dünnwandigen, rohrförmigen Durchflusskanal 36 auf, der einen im wesentlichen quadratischen Querschnitt hat und so bemessen ist, dass er über den Aussenseiten der oberen Ankerplatte 23 und der unteren Ankerplatte 24 und der Abstandshalter 26 einen Gleitsitz hat, so dass der Kanal 36 leicht montiert und entfernt werden kann. An der oberen Ecke des Kanals 36 ist ein Lappen 37 befestigt, durch den der Kanal 36 an einem Pfosten 38 der oberen Ankerplatte 23 durch eine Schraube 39 befestigt ist. Da der Kanal 36 nicht an der unteren Ankerplatte 24 befestigt ist, kann sich das obere Ende des Kanals 36 in be-zug auf die untere Ankerplatte 24 im Falle einer Bewegung des oberen Endes des Brennelements 21 frei bewegen. The fuel assembly 21 also has an open-ended, thin-walled, tubular flow channel 36 which has a substantially square cross section and is dimensioned such that it has a sliding fit over the outer sides of the upper anchor plate 23 and the lower anchor plate 24 and the spacers 26 so that the channel 36 can be easily assembled and removed. At the upper corner of the channel 36, a tab 37 is attached, through which the channel 36 is attached to a post 38 of the upper anchor plate 23 by a screw 39. Since the channel 36 is not attached to the lower anchor plate 24, the upper end of the channel 36 can move freely with respect to the lower anchor plate 24 in the event of a movement of the upper end of the fuel assembly 21.

Die untere Ankerplatte 24 ist mit einem sich nach unten erstreckenden Nasenstück 41 versehen, das konisch ausgebildet ist, um eine Brennelementhaltebuchse (nicht dargestellt) zu erfassen. Das untere Ende des Nasenstücks 41 ist mit einer Öffnung 42 zum Aufnehmen von Druckwasser (als Kühlmittel/Moderator) versehen, so dass dieses aufwärts zwischen den Brennstoffstäben strömen kann. The lower anchor plate 24 is provided with a downwardly extending nose piece 41 which is conical in order to grip a fuel assembly holding bushing (not shown). The lower end of the nose piece 41 is provided with an opening 42 for receiving pressurized water (as a coolant / moderator) so that it can flow upwards between the fuel rods.

Die Brennstoffstababstandshalter 26 sind vorzugsweise als rohrförmige Zwingen ausgebildet, und zwar wegen ihres günstigen niedrigen Kühlmitteldruckabfalls, wie es in der oben erwähnten US-PS 4 508 679 gezeigt und im einzelnen beschrieben ist. Darüber hinaus ist das periphere Halteband 44 des Abstandshalters 26 vorteilhafterweise mit sich nach oben erstrek-kenden und nach innen gebogenen Kühlmittelströmungsablenk-lappen 46 versehen (vgl. auch Fig. 9). Die Strömungsablenklappen 46 sind bestrebt, das relativ kühlere Wasser, das sich längs der inneren Oberfläche des Durchflusskanals 36 nach oben bewegt, nach innen auf die Oberfläche der äusseren oder peripheren Brennstoffstäbe 22 abzulenken. Das unterstützt die Kühlung und die Wärmeübertragung von diesen Brennstoffstäben aus und erlaubt eine grössere Wärmeproduktion derselben, ohne dass thermische Grenzwerte überschritten werden. The fuel rod spacers 26 are preferably formed as tubular ferrules because of their favorable low coolant pressure drop, as shown and described in detail in the aforementioned U.S. Patent 4,508,679. In addition, the peripheral retaining band 44 of the spacer 26 is advantageously provided with coolant flow deflecting flaps 46 which extend upward and are bent inwards (cf. also FIG. 9). The flow deflecting flaps 46 seek to deflect the relatively cooler water moving upward along the inner surface of the flow channel 36 toward the surface of the outer or peripheral fuel rods 22. This supports cooling and heat transfer from these fuel rods and allows them to produce more heat without exceeding thermal limits.

Zum Unterstützen des Ausgleichens der Neutronenmoderation ist das Brennelement 21 mit einem grossen Wasserrohr 47 zum Transportieren relativ kalten Wassers aufwärts durch den zentralen Bereich des Brennelements versehen. Gemäss der Darstellung in Fig. 1 (vgl. auch Fig. 9) nimmt das grosse Wasserrohr 47 den Raum von vier Brennstoffstäben ein. Wie oben bereits kurz erläutert ist es ein Problem bei der Verwendung eines grossen Wasserrohres, eine Befestigungsvorrichtung zu schaffen, die eine Überlastung der Abstandshalter durch das grosse Wasserrohr im Falle einer seitlichen Verlagerung des Brennelements 21, beispielsweise während eines Erdbebens, verhindert. To assist in balancing the neutron moderation, the fuel assembly 21 is provided with a large water pipe 47 for transporting relatively cold water up through the central region of the fuel assembly. 1 (see also FIG. 9), the large water pipe 47 takes up the space of four fuel rods. As already briefly explained above, it is a problem when using a large water pipe to create a fastening device which prevents the spacers from being overloaded by the large water pipe in the event of a lateral displacement of the fuel element 21, for example during an earthquake.

Bevor die Befestigungsvorrichtung für das grosse Wasserrohr beschrieben wird, wird zur weiteren Erläuterung des Pro5 Before the fastening device for the large water pipe is described, the Pro5

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blems auf Fig. 2 Bezug genommen. Fig. 2 zeigt schematisch eine untere Ankerplatte 241, an der ein grosses Wasserrohr 471 starr befestigt ist, das durch einen Abstandshalter 261 hin-durchgeführt ist, welcher in einem Abstand L von der unteren Ankerplatte 241 angeordnet ist. blems referred to Fig. 2. 2 schematically shows a lower anchor plate 241, to which a large water pipe 471 is rigidly attached, which is led through by a spacer 261, which is arranged at a distance L from the lower anchor plate 241.

Wenn das Brennelement, zu dem diese Teile gehören, an seinem oberen Ende seitlich verlagert wird und das grosse Wasserrohr 471 von seiner Mittellinie aus um eine Strecke d (gemessen in der axialen Mittellinie des Abstandshalters 261) verlagert wird, dann wird das grosse Wasserrohr um einen Winkel A gebogen, mit dem Ergebnis, dass eine Kraft Fi auf den Abstandshalter 261 ausgeübt wird. If the fuel assembly to which these parts belong is laterally displaced at its upper end and the large water pipe 471 is displaced from its center line by a distance d (measured in the axial center line of the spacer 261), then the large water pipe becomes one Angle A is bent, with the result that a force Fi is applied to the spacer 261.

Die sich ergebende Seitenbelastung Fi des Abstandshalters wird durch folgende Beziehung bestimmt: The resulting side load Fi of the spacer is determined by the following relationship:

12 EI LA 12 EGG LA

Fi= (d ) (1) Fi = (d) (1)

L3 2 L3 2

wobei: in which:

E der Elastizitätsmodul des Rohres 471 ist, E is the modulus of elasticity of tube 471,

I das Widerstandsmoment des Rohres 471 ist, I is the section modulus of tube 471,

L der Abstand von der Ankerplatte 241 zu der axialen Mittellinie des Abstandshalters 261 ist, L is the distance from the anchor plate 241 to the axial center line of the spacer 261,

d die seitliche Verlagerung des Rohres 471 gegenüber seiner normalen Mittellinie (gemessen in der axialen Mittellinie des untersten Abstandshalters 261) ist, und A der Ablenkwinkel ist. d is the lateral displacement of tube 471 from its normal centerline (measured in the axial centerline of the bottom spacer 261) and A is the deflection angle.

Bei einem grossen Wasserrohr 471 aus Zirkoniumlegierung mit einem Aussendurchmesser von etwa 3,4 cm (1,35 Zoll) und einer Wanddicke von etwa 1 mm (0,04 Zoll) ergibt eine Ablenkung d von etwa 1,3 cm (0,5 Zoll) bei einer Länge L von etwa 50,8 cm (20 Zoll) eine Abstandshalterseitenbelastung Fi von etwa 73 kp (160 Ibs). Das übersteigt stark die normale Entwurfsbelastbarkeit des Abstandshalters 261, die in der Grossenordnung von maximal 6,8 kp (15 lbs) liegt. For a large zirconium alloy water pipe 471 with an outer diameter of approximately 3.4 cm (1.35 inches) and a wall thickness of approximately 1 mm (0.04 inches), a deflection d of approximately 1.3 cm (0.5 inches) results ) with a length L of about 50.8 cm (20 inches) a spacer side load Fi of about 73 kp (160 lbs). This greatly exceeds the normal design resilience of the spacer 261, which is in the order of a maximum of 6.8 kp (15 lbs).

Zum Vermeiden von solchen übermässigen Belastungen der Abstandshalter 26 wird das grosse Wasserrohr 47 gemäss der Erfindung an der unteren Ankerplatte 24 unter Verwendung eines relativ flexiblen Befestigungsteils 48 befestigt, das in Fig. 1 und ausführlicher in Fig. 3 gezeigt ist. In dieser Version hat das Teil 48 die Form einer Stange, die einen vergrösserten oder mit Flansch versehenen unteren Endteil 49 hat, welcher an seinem unteren Ende konisch und in einen ähnlich konischen Hohlraum 50 in der unteren Ankerplatte 24 eingesetzt ist. Der mit Flansch versehene Endteil 49 ist mit einer Gewindebohrung zur Aufnahme einer Schraube 52 versehen, mittels welcher das Befestigungsteil 48 an der Ankerplatte 24 befestigt wird. In order to avoid such excessive loads on the spacers 26, the large water pipe 47 according to the invention is fastened to the lower anchor plate 24 using a relatively flexible fastening part 48, which is shown in FIG. 1 and in more detail in FIG. 3. In this version, part 48 is in the form of a rod having an enlarged or flanged lower end part 49 which is tapered at its lower end and inserted into a similarly conical cavity 50 in lower anchor plate 24. The flange-provided end part 49 is provided with a threaded bore for receiving a screw 52, by means of which the fastening part 48 is fastened to the anchor plate 24.

An seinem oberen Ende ist das Teil 48 mit einem oberen, mit Flansch versehenen Teil 53 versehen, der eine äussere Oberfläche hat, die spanabhebend bearbeitet worden ist, um das untere Ende des grossen Wasserrohres 47 aufzunehmen, an welchem es durch Schweissen oder dgl. befestigt ist. Der mit Flansch versehene Teil 53 weist Durchlässe 54 zum Einleiten von Wasser in das Rohr 47 auf. Die untere äussere Oberfläche des mit Flansch versehenen Teils 53 ist spanabhebend bearbeitet worden, um eine sich nach unten erstreckende rohrförmige Einfassung 56 aufzunehmen, die an ihm durch Schweissen oder dgl. befestigt ist. Die Einfassung 56 gewährleistet, dass nur Wasser nahe dem unteren Ende des Brennelements, wo es relativ klein ist, in das grosse Wasserrohr 47 eingelassen wird. At its upper end the part 48 is provided with an upper flanged part 53 which has an outer surface which has been machined to receive the lower end of the large water pipe 47 to which it is fixed by welding or the like is. The flanged part 53 has passages 54 for introducing water into the tube 47. The lower outer surface of the flanged portion 53 has been machined to receive a downwardly extending tubular skirt 56 attached thereto by welding or the like. The bezel 56 ensures that only water near the lower end of the fuel assembly, where it is relatively small, is let into the large water pipe 47.

In der axialen Position jedes Abstandshalters 26 ist das Wasserrohr 47 mit zwei gegenseitigen Abstand aufweisenden und sich radial erstreckenden Nasen 57 versehen, die die axiale Bewegung der Abstandshalter 26 begrenzen und diese so in der richtigen axialen Position halten. (Die Art der Befestigung der Abstandshalter 26 an dem Wasserrohr 47 ist weiter unten noch ausführlicher erläutert.) In the axial position of each spacer 26, the water pipe 47 is provided with two mutually spaced and radially extending lugs 57 which limit the axial movement of the spacers 26 and thus hold them in the correct axial position. (The way in which the spacers 26 are fastened to the water pipe 47 is explained in more detail below.)

Gemäss der Darstellung in Fig. 1 erstreckt sich das grosse Wasserrohr 47 nur bis etwa zu dem oberen Ende des Brennstoffes 27 in den Brennstoffstäben 22, da blasenfreies Wasser zur zusätzlichen Neutronenmoderation oberhalb dieses Punktes nicht benötigt wird. Ausserdem sind gemäss der Darstellung in Fig. 4 die Stege und Augen, die für die vier Brennstoffstäbe benötigt würden, welche das grosse Wasserrohr 47 ersetzt, bei der oberen Ankerplatte 23 weggelassen worden, um eine grosse Öffnung 58 für den Austritt von Dampf und Wasser aus dem Brennelement zu schaffen. Das Ende des Wasserrohres 47 am oberen Ende der Brennstoffsäule und die Öffnung 58 in der oberen Ankerplatte 23 tragen beide zur Verringerung des Kühlmitteldruckabfalls bei dem Durchgang des Kühlmittels durch das Brennelement 21 bei. According to the illustration in FIG. 1, the large water pipe 47 extends only up to approximately the upper end of the fuel 27 in the fuel rods 22, since bubble-free water is not required for additional neutron moderation above this point. In addition, as shown in Fig. 4, the webs and eyes, which would be required for the four fuel rods, which replace the large water pipe 47, have been omitted from the upper anchor plate 23 around a large opening 58 for the escape of steam and water to create the fuel assembly. The end of the water pipe 47 at the top of the fuel column and the opening 58 in the top anchor plate 23 both contribute to reducing the coolant pressure drop as the coolant passes through the fuel assembly 21.

Fig. 5 veranschaulicht schematisch die Wirkung des flexiblen Befestigungsteils 48 beim Verhindern von übermässigen Seitenkräften an den Abstandshaltern 26. Da das Befestigungsteil 48 so ausgelegt ist, dass es sich viel leichter biegt als das Wasserrohr 47, kann davon ausgegangen werden, dass das Teil 48 die gesamte Biegebelastung aufnimmt. FIG. 5 schematically illustrates the effect of the flexible fastener 48 in preventing excessive lateral forces on the spacers 26. Since the fastener 48 is designed to bend much more easily than the water pipe 47, it can be assumed that the part 48 will absorbs the entire bending load.

Die resultierende Abstandshalterseitenbelastung F2 wird dann durch folgende Beziehung bestimmt: The resulting spacer side load F2 is then determined by the following relationship:

d-LiA d-LiA

F2 = F2 =

(L2)3 (L,L22) (2) (L2) 3 (L, L22) (2)

■ + ■ +

3 (EI) 2 (EI) 3 (EI) 2 (EI)

wobei: in which:

E der Elastizitätsmodul des Befestigungsteils 48 ist, E is the elastic modulus of the fastening part 48,

I das Widerstandsmoment des Befestigungsteils 48 ist, I is the section modulus of the fastening part 48,

d die postulierte Querverlagerung des Rohres 47, beispielsweise während eines Erdbebens, ab seiner normalen Mittellinie (gemessen in der axialen Mittellinie des untersten Abstandshalters 26) ist, d is the postulated transverse displacement of the tube 47, for example during an earthquake, from its normal center line (measured in the axial center line of the lowest spacer 26),

Li + L2 der Abstand ab der unteren Ankerplatte 24 bis zu der axialen Mittellinie des Abstandshalters 26 ist, Li + L2 is the distance from the lower anchor plate 24 to the axial center line of the spacer 26,

L2 die Länge des flexiblen Befestigungsteils 48 ist, und L2 is the length of the flexible fastener 48, and

A der Biegewinkel ist. A is the bending angle.

Unter Verwendung dieser Beziehung können verschiedene Material-, Durchmesser- und Längenkombinationen für das Befestigungsteil 48 berechnet werden, um eine praktische Kombination zu ermitteln, die die Seitenkraft F2 an dem Abstandshalter geeignet begrenzen wird. Beispielsweise wurde eine praktische Kombination gefunden aus einem Teil 48 aus Zirkoniumlegierung mit einem Durchmesser von etwa 0,6 cm (0,25 Zoll) und einer Länge von etwa 12,7 cm (5 Zoll). Für eine postulierte Verlagerung d von 1,27 cm (0,5 Zoll) begrenzt das die Seitenkraft an dem Abstandshalter 26 auf etwa 2,27 kp (5 lbs), was deutlich innerhalb der Abstandshalterentwurfsgrenzwerte liegt. Using this relationship, various combinations of materials, diameters, and lengths for the fastener 48 can be calculated to determine a practical combination that will suitably limit the side force F2 on the spacer. For example, a practical combination has been found from a piece 48 of zirconium alloy approximately 0.25 inches in diameter and approximately 5 inches in length. For a postulated displacement d of 1.27 cm (0.5 inches), this limits the side force on spacer 26 to about 2.27 kp (5 lbs), which is well within the spacer design limits.

Eine alternative Ausführungsform des Wasserrohrbefestigungsteils ist in Fig. 6 gezeigt. In dieser Version hat ein flexibles Befestigungsteil 481 die Form eines Rohres und ist an seinem unteren Ende mit einem konischen Endstopfen 491 versehen, der durch die Schraube 52 an der unteren Ankerplatte 24 befestigt ist. An dem oberen Ende des Befestigungsteils 481 ist ein Durchmesserübergangsteil 531 befestigt, das seinerseits an seinem oberen Ende an dem grossen Wasserrohr 47 durch Schweissen oder dgl. befestigt ist. An alternative embodiment of the water pipe mounting part is shown in FIG. 6. In this version, a flexible fastening part 481 has the shape of a tube and is provided at its lower end with a conical end plug 491, which is fastened to the lower anchor plate 24 by the screw 52. A diameter transition part 531 is fastened to the upper end of the fastening part 481, which in turn is fastened at its upper end to the large water pipe 47 by welding or the like.

In dem unteren Ende des Befestigungsteils 481 sind mehrere Löcher 59 zum Einleiten von Kühlmittel in das Befestigungsteil 481 und von da aus in einen Durchlass 61, der in das grosse Wasserrohr 47 führt, gebildet. Ein praktischer Durchmesser, eine praktische Wanddicke und eine praktische Länge, die eine Abstandshalterseitenbelastung innerhalb der Entwurfsgrenzwerte ergeben, können durch die Verwendung der Gleichung (2) bestimmt werden, die oben angegeben ist. Beispielsweise kann A plurality of holes 59 for introducing coolant into the fastening part 481 and from there into a passage 61 which leads into the large water pipe 47 are formed in the lower end of the fastening part 481. A practical diameter, wall thickness and length that give spacer side loading within the design limits can be determined using equation (2) given above. For example

5 5

10 10th

15 15

20 20th

25 25th

30 30th

35 35

40 40

45 45

50 50

55 55

60 60

65 65

672 558 672 558

6 6

das rohrförmige Befestigungsteil 481 aus einer Zirkoniumlegierung mit einem Aussendurchmesser von etwa 1,5 cm (0,60 Zoll) und einer Wanddicke von etwa 0,76 mm (0,03 Zoll) und einer Länge in der Grössenordnung von 38 cm (15 Zoll) hergestellt werden. tubular zirconium alloy fastener 481 with an outer diameter of about 1.5 cm (0.60 inches) and a wall thickness of about 0.76 mm (0.03 inches) and a length of the order of 38 cm (15 inches) getting produced.

Eine alternative Ausführungsform der Befestigungsvorrichtung für ein grosses Wasserrohr ist in Fig. 7 und in den gemeinsam zu betrachtenden Fig. 8A und 8B gezeigt. (In diesen Figuren tragen gleiche Teile gleiche Bezugszeichen wie in den vorherigen Figuren.) An alternative embodiment of the fastening device for a large water pipe is shown in FIG. 7 and in FIGS. 8A and 8B to be considered together. (In these figures, the same parts have the same reference numerals as in the previous figures.)

Ein Brennelement 211 dieser Ausführungsform gleicht dem zuvor beschriebenen Brennelement 21 nach Fig. 1, ausgenommen hinsichtlich der Befestigungsvorrichtung für das grosse Wasserrohr 471. An seinem unteren Ende ist das Wasserrohr 471 (vgl. Fig. 8B) auf der unteren Ankerplatte 241 durch ein rohrförmiges flexibles Tragteil 482 abgestützt, das im Entwurf und im Aufbau dem zuvor beschriebenen Befestigungsteil 481 nach Fig. 6 entspricht. Der Unterschied besteht darin, dass es nicht mit einer Schraube an der unteren Ankerplatte befestigt ist, sondern dass der untere Endstopfen 492 dieser Ausführungsform mit einem langgestreckten, sich nach unten erstrek-kenden Schaft 62 versehen ist, der in einen verlängerten, passenden Hohlraum 63 in der unteren Ankerplatte 241 eingepasst ist. Der Schaft 62 ist hier beispielshalber mit einem quadratischen Querschnitt versehen, und der Hohlraum 63 hat eine dazu passende Form, um eine Drehung des Wasserrohres zu verhindern, die das Lösen der Abstandshalterhaltenasen von dem Abstandshalter 26 verursachen könnte, was ausführlicher in der oben erwähnten US-PS 3 802 995 erläutert ist. Der Schaft 62 und der Hohlraum 63 sind im Vergleich zu den unteren Endstopfenschäften der Brennstoffstäbe 22 langgestreckt, um das Lösen aus der unteren Ankerplatte 241 im Falle einer unterschiedlichen axialen Ausdehnung in bezug auf die Brennstoffstäbe zu verhindern, was ausführlicher in der oben erwähnten US-PS 4 420 458 beschrieben ist. A fuel assembly 211 of this embodiment is similar to the previously described fuel assembly 21 of FIG. 1 except for the attachment device for the large water pipe 471. At its lower end, the water pipe 471 (see FIG. 8B) is on the lower anchor plate 241 by a tubular flexible Supported part 482 supported, which corresponds in design and structure to the previously described fastening part 481 of FIG. 6. The difference is that it is not attached to the lower anchor plate with a screw, but that the lower end plug 492 of this embodiment is provided with an elongated, downwardly extending stem 62 that fits into an elongated, matching cavity 63 in the lower anchor plate 241 is fitted. The shaft 62 is here, for example, square in cross-section and the cavity 63 has a matching shape to prevent rotation of the water pipe which could cause the spacer retaining tabs to disengage from the spacer 26, which is described in greater detail in the above-mentioned U.S. Pat. PS 3 802 995 is explained. The stem 62 and cavity 63 are elongated compared to the lower end plug shafts of the fuel rods 22 to prevent disengagement from the lower anchor plate 241 in the event of a different axial expansion with respect to the fuel rods, which is more fully described in the aforementioned U.S. Patent 4,420,458.

Das Tragteil 482, das an seinem unteren Ende an dem Endstopfen 492 befestigt ist, ist an seinem oberen Ende an dem grossen Wasserrohr 471 mittels des Übergangsteils 531 befestigt, wobei die Löcher 59 und der Durchlass 61 Wasser in das Rohr 471 einlassen. The support member 482, which is attached at its lower end to the end plug 492, is attached at its upper end to the large water pipe 471 by means of the transition part 531, the holes 59 and the passage 61 admitting water into the pipe 471.

Ein praktischer Entwurf für das flexible Tragteil 482 (d.h. dessen Durchmesser, Wanddicke und Länge bei einem ausgewählten Material) kann durch die Verwendung der oben angegebenen Gleichung (2) ermittelt werden. In einem praktischen Beispiel besteht das Teil 482 aus einer Zirkoniumlegierung mit einem Aussendurchmesser von etwa 1,5 cm (0,60 Zoll), einer Wanddicke von etwa 0,76 mm (0,03 Zoll) und einer Länge von etwa 38 cm (15 Zoll). A practical design for the flexible support member 482 (i.e. its diameter, wall thickness and length for a selected material) can be determined using equation (2) above. In a practical example, part 482 is made of a zirconium alloy with an outer diameter of about 1.5 cm (0.60 inches), a wall thickness of about 0.76 mm (0.03 inches) and a length of about 38 cm (15 Inch).

Gemäss der Darstellung in Fig. 8A endet das grosse Wasserrohr 471 in dem Bereich des oberen Endes des Brennstoffes 27 (Fig. 7) und ist an seinem oberen Ende mit einem oberen Halteteil versehen, das ein Übergangsstück 64 aufweist, an dem es durch Schweissen oder dgl. befestigt ist. In dem oberen ende des Wasserrohres 471 sind mehrere Löcher 66 gebildet, die einen Auslass für das Wasser bilden, das darin nahe dem oberen Ende des Brennstoffes 27 strömt, da eine zusätzliche Neutronenmoderation oberhalb des Brennstoffes 27 nicht nötig ist und das Ende des grossen Wasserrohres 471 in dieser Höhe den Kühlmitteldruckabfall reduziert. According to the illustration in FIG. 8A, the large water pipe 471 ends in the region of the upper end of the fuel 27 (FIG. 7) and is provided at its upper end with an upper holding part which has a transition piece 64 to which it can be welded or Like. is attached. A plurality of holes 66 are formed in the upper end of the water pipe 471, which form an outlet for the water flowing therein near the upper end of the fuel 27, since additional neutron moderation above the fuel 27 is not necessary, and the end of the large water pipe 471 reduced the coolant pressure drop at this level.

An dem oberen Ende des Übergangsstücks 64 ist ein oberes Halteteil oder ein Fortsatz 67 befestigt, der als ein Rohrabschnitt dargestellt ist, der vorzugsweise aus einer Zirkoniumlegierung besteht und einen Durchmesser hat, welcher dem der Brennstoffstäbe 22 oder des Tragteils 482 gleicht. (Löcher 68 in dem Verlängerungsrohr 67 befreien das Rohr von einer äusse-ren/inneren Druckdifferenz.) An seinem oberen Ende ist der Fortsatz 67 mit einem Endstopfen 69 versehen, der mit einem langgestreckten Schaft 71 versehen ist, welcher sich durch einen Attached to the upper end of the transition piece 64 is an upper holding part or an extension 67, which is shown as a tube section, which preferably consists of a zirconium alloy and has a diameter which is similar to that of the fuel rods 22 or the supporting part 482. (Holes 68 in the extension tube 67 rid the tube of an external / internal pressure difference.) At its upper end, the extension 67 is provided with an end plug 69, which is provided with an elongated shaft 71 which extends through a

Haltehohlraum in der oberen Ankerplatte 231 erstreckt. Auf dem Schaft 71 ist zwischen dem Endstopfen 69 und der oberen Ankerplatte 231 eine Ausdehnungsfeder 341 angeordnet. Der Schaft 71 erstreckt sich über die obere Ankerplatte hinaus, um ein Lösen von derselben im Falle einer unterschiedlichen Ausdehnung in bezug auf die Brennstoffstäbe zu verhindern, und die Feder 341 kann mit mehreren engen Abstand aufweisenden Windungen versehen sein, um die Aufwärtsbewegung des Wasserrohres zu begrenzen, wie es in der oben erwähnten US-PS 4 420 458 erläutert ist. Holding cavity extends in the upper anchor plate 231. An expansion spring 341 is arranged on the shaft 71 between the end plug 69 and the upper anchor plate 231. The stem 71 extends beyond the upper anchor plate to prevent disengagement therefrom in the event of a different expansion with respect to the fuel rods, and the spring 341 may be provided with several closely spaced turns to limit the upward movement of the water pipe as explained in the aforementioned U.S. Patent 4,420,458.

Ein Vorteil dieser Ausführungsform der Befestigung des grossen Wasserrohres gemäss Fig. 7 (im Vergleich zu der Ausführungsform nach Fig. 1) ist, dass das grosse Wasserrohr eingebaut und entfernt werden kann, ohne dass die Unterseite der unteren Ankerplatte 241 zugänglich zu sein braucht. An advantage of this embodiment of fastening the large water pipe according to FIG. 7 (compared to the embodiment according to FIG. 1) is that the large water pipe can be installed and removed without the underside of the lower anchor plate 241 having to be accessible.

Ausserdem ist in Fig. 7 die Verwendung von Teillänge-Brennstoffstäben 221 gezeigt. Die dicht verschlossenen Brennstoffstäbe 221 können etwa ein Drittel bis etwa zwei Drittel der Länge der normalen oder Vollänge-Brennstoffstäbe 22 haben, haben aber vorzugsweise etwa die Hälfte dieser Länge. Zum Befestigen der Brennstoffstäbe 221 in dem Brennelement 211 können die Schäfte der unteren Endstopfen 291 mit Gewinde versehen sein, die in mit Gewinde versehene Haltehohlräume in der unteren Ankerplatte 241 einfassen. Zur sicheren Befestigung können diese Gewinde mit einem Konus versehen sein. The use of partial length fuel rods 221 is also shown in FIG. The sealed fuel rods 221 can be about one third to about two thirds the length of the normal or full length fuel rods 22, but are preferably about half that length. In order to secure the fuel rods 221 in the fuel assembly 211, the shafts of the lower end plugs 291 can be threaded, which fit into threaded holding cavities in the lower anchor plate 241. These threads can be provided with a cone for secure attachment.

Fig. 9 zeigt eine Draufsicht (in der einige Teile weggelassen sind) auf den Abstandshalter 26, die unter anderem eine bevorzugte radiale Lage der Teillänge-Brennstoffstäbe 221 zeigt. Vorzugsweise sind die Brennstoffstäbe 221 einwärts der peripheren Brennstoffstäbe angeordnet. In dem dargestellten Fall sind vier Teillänge-Brennstoffstäbe 221 unmittelbar einwärts von den Eckbrennstoffstäben 22 angeordnet. FIG. 9 shows a top view (in which some parts are omitted) of the spacer 26, which shows, among other things, a preferred radial position of the part-length fuel rods 221. The fuel rods 221 are preferably arranged inward of the peripheral fuel rods. In the illustrated case, four part-length fuel rods 221 are arranged immediately inward of the corner fuel rods 22.

Die Vorteile, die sich durch die Teillänge-Brennstoffstäbe ergeben, sind ausführlicher in der oben erwähnten US-PS 2 998 367 beschrieben. Die Vergrösserung des Kühlmitteldurchflussquerschnittes in dem oberen Teil des Brennelements verringert den Kühlmitteldruckabfall. Die Verringerung der Menge an Brennstoff in dem oberen Teil des Brennelements, wo die Kalt-abschaltreaktivität ihren Spitzenwert erreicht, vergrössert den Kaltabschaltreaktivitätsspielraum. The benefits of the partial length fuel rods are described in more detail in the above-mentioned U.S. Patent 2,998,367. The increase in the coolant flow cross section in the upper part of the fuel assembly reduces the coolant pressure drop. Reducing the amount of fuel in the top of the fuel assembly where the cold shutdown reactivity peaks increases the cold shutdown reactivity margin.

Weitere Merkmale, die in Fig. 9 dargestellt sind, sind die Kühlmittelströmungsablenklappen 46 und die Modifizierung des Abstandshalters 26 zur Aufnahme des grossen Wasserrohres 47/471. (Nur einige der Zwingen 51, in vereinfachter Form, die den Abstandshalter 26 bilden, sind in Fig. 9 gezeigt. Eine ausführlichere Beschreibung eines solchen Abstandshalters und dessen Einzelheiten finden sich in der oben erwähnten US-PS 4 508 679.) Further features that are shown in FIG. 9 are the coolant flow deflection flaps 46 and the modification of the spacer 26 for receiving the large water pipe 47/471. (Only a few of the ferrules 51, in simplified form, forming the spacer 26 are shown in Figure 9. A more detailed description of such a spacer and its details can be found in the above-mentioned U.S. Patent 4,508,679.)

Zum Aufnehmen des grossen Wasserrohres 47 sind die vier zentralen Zwingen des Abstandshalters 26 weggelassen worden. Zwei Bügel 72, die mit einem insgesamt M-förmigen Querschnitt versehen sind und sich über die Länge der Zwingen erstrecken, sind jeweils an einer von zwei Abstand voneinander aufweisenden Zwingen 51, die das Wasserrohr 47 umgeben, befestigt (beispielsweise durch Schweissen). Die Bügel 72 dienen mehreren Zwecken. Sie verstärken den Abstandshalter 26. Sie dienen als relativ starre Anschläge zum seitlichen Festhalten des Wasserrohres 47, und einer der Bügel 72 wirkt mit den Abstandshalterhaltenasen 57 zusammen, um den Abstandshalter 26 in seiner richtigen axialen Lage zu halten. To accommodate the large water pipe 47, the four central clamps of the spacer 26 have been omitted. Two brackets 72, which are provided with an overall M-shaped cross-section and extend over the length of the clamps, are each fastened to one of two spaced-apart clamps 51, which surround the water pipe 47 (for example by welding). The brackets 72 serve several purposes. They reinforce the spacer 26. They serve as relatively rigid stops for holding the water pipe 47 laterally, and one of the brackets 72 cooperates with the spacer retaining lugs 57 in order to hold the spacer 26 in its correct axial position.

Zum besseren Verdeutlichen der letztgenannten Funktion ist eine Haltenase 57 mit gestrichelten Linien in einer ersten radialen Position 73 zwischen den Bügeln 72 gezeigt. In dieser radialen Position kann das Wasserrohr 47 durch den Abstandshalter 26 hindurch eingeführt werden, bis sich der Abstandshalter zwischen zwei Haltenasen 57 befindet (vgl. z.B. Fig. 3). Nach dem Erreichen dieser axialen Position werden das Wasserrohr 47 To better illustrate the latter function, a retaining lug 57 is shown with dashed lines in a first radial position 73 between the brackets 72. In this radial position, the water pipe 47 can be inserted through the spacer 26 until the spacer is between two retaining lugs 57 (see e.g. Fig. 3). After reaching this axial position, the water pipe 47

5 5

10 10th

15 15

20 20th

25 25th

30 30th

35 35

40 40

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50 50

55 55

60 60

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7 7

672 558 672 558

und der Abstandshalter 26 in bezug aufeinander gedreht (45°), bis einer der Bügel 72 sich zwischen dem Paar Nasen 57 in der radialen Position 74 befindet, in der die Nasen 57 nun den Bügel 72 erfassen können, um die axiale Verschiebung des Abstandshalters 26 zu begrenzen. and the spacer 26 is rotated (45 °) with respect to one another until one of the brackets 72 is between the pair of lugs 57 in the radial position 74, in which the lugs 57 can now grip the bracket 72 by the axial displacement of the spacer 26 to limit.

In der Ausführungsform nach Fig. 1 ist das Wasserrohr 47 in seiner Abstandshalterhalteposition durch die Befestigungsschraube 52 befestigt. In der Ausführungsform nach Fig. 7 In the embodiment according to FIG. 1, the water pipe 47 is fastened in its spacer holding position by the fastening screw 52. In the embodiment according to FIG. 7

wird die Drehung des Wasserrohres 471 durch Einführen ihres geformten Endstopfenschafts 62 (Fig. 8B) in den geformten Hohlraum 63 der unteren Halteplatte 241 verhindert. rotation of the water pipe 471 is prevented by inserting its molded end plug shaft 62 (FIG. 8B) into the molded cavity 63 of the lower support plate 241.

Entgegengesetzt zu den Bügeln 72 ist ein weiteres Paar Bü-5 gel 76 (die insgesamt U-förmig sind) zwischen benachbarten Zwingen 51 befestigt. An jedem Bügel 76 ist ein Federteil 77 befestigt, das Vibration verhindert, indem es das Wasserrohr 47 mit den Bügeln 72 in Kontakt hält. In contrast to the brackets 72, a further pair of brackets 76 (which are generally U-shaped) are fastened between adjacent clamps 51. A spring member 77 is attached to each bracket 76, which prevents vibration by keeping the water pipe 47 in contact with the brackets 72.

4 Blätter Zeichnungen 4 sheets of drawings

Claims

672 558

2nd

PATENT CLAIMS

1. Nuclear reactor fuel element, characterized by: a plurality of elongated fuel rods (22), each one

Contain fuel column (27);

a holding device which forms a plurality of holding positions for holding the fuel rods (22) at a mutual spacing in a matrix, with a lower anchor plate (24) which engages the lower ends of the fuel rods (22);

a nose piece (41) protruding from the lower anchor plate (24) and forming a coolant receiving chamber;

an elongated coolant tube (47) extending up through the fuel assembly (21) and occupying the space of a plurality of fuel rods (22), the coolant tube having an opening at its lower end for receiving coolant and an opening at its upper end for dispensing of coolant has;

at least one spacer (26) axially disposed between the upper and lower ends of the fuel rods (22) for laterally holding the fuel rods and the coolant tube (47); and a fastener (48) for the coolant tube (47), the lower end of the fastener (48) engaging the lower anchor plate (24) and the upper end of the fastener (48) being fastened to the lower end of the coolant tube (47) and wherein the fastening part (48) is relatively flexible in comparison to the coolant tube (47), as a result of which excessive lateral forces on the spacer (26) are avoided in the event of a lateral displacement of the upper end of the coolant tube (47).

2. Fuel element according to claim 1, characterized in that the fastening part (48) is provided with an enlarged conical lower end (49) which surrounds a conical holding cavity (50) in the lower anchor plate (24) and on this with a screw (52) is attached.

3. Fuel element according to claim 1 or 2, characterized in that the fastening part (48) is provided with an enlarged upper end (53) which is fastened to the lower end of the coolant tube (47) and with at least one passage (54) for admission of coolant is provided in the coolant pipe (47).

4. The fuel assembly of claim 3, characterized by a tubular skirt (56) attached to the enlarged upper end (53) of the mounting member (48) and extending downwardly around the mounting member, thereby providing only coolant near the lower end of the fuel assembly (21) is let into the coolant pipe (47).

5. Fuel element according to one of claims 1 to 4, characterized in that the coolant tube (47) is open at its upper end and that the upper end up to approximately the height of the upper end of the fuel column (27) in the fuel rods (22 ) extends.

6. Fuel assembly according to one of claims 1 to 5, characterized in that the fastening part (48) is in the form of a rod made of zirconium alloy with a diameter of approximately 0.6 cm (0.25 inches) and a length of approximately 12.7 cm (5 inches).

7. Fuel element according to claim 1, characterized in that the fastening part is a tubular fastening part (481) with an outer diameter of approximately 1.5 cm (0.60 inches),

a wall thickness of about 0.76 mm (0.03 inches) and a length of about 38 cm (15 inches), which has multiple holes (59) near its lower end for admitting coolant into the fastener and thence into the coolant pipe (47) is provided.

8. Fuel element according to one of claims 1 to 7, characterized by an upper anchor plate (23) which detects the upper ends of the fuel rods (22) and has an opening (58) above the coolant tube (47) which has a cross section which is at least equal to the cross section of the coolant tube (47).

9. Fuel assembly according to claim 1, characterized by an upper anchor plate (23) which detects the upper ends of the fuel rods (22), and by a holding part (67) for the coolant tube (47), the upper end of the holding part (67) the upper anchor plate (23) is gripped and the lower end of the holding part (67) is fastened to the upper end of the coolant tube (47).

10. The fuel assembly according to claim 9, characterized in that the coolant tube (47) ends in the vicinity of the upper end of the fuel column (27) in the fuel rods (22) and that the holding part (67) has a diameter which is substantially smaller than that Diameter of the coolant tube (47).

11. The fuel assembly according to claim 10, characterized by a diameter transition piece (64) at the lower end of the holding part (67), which is fixed to the upper end of the coolant tube (471), by an end plug (69) at the upper end of the holding part ( 67), the end plug being provided with an elongated shaft (71) of reduced diameter, by an expansion spring (341) arranged on the elongated shaft between the lower end of the end plug and the upper anchor plate (231), and through a plurality of holes (66), which are formed in the upper end of the coolant tube (471) approximately at the height of the upper end of the fuel column (27) in the fuel rods (22).

12. The fuel assembly according to claim 11, characterized in that the fastening part for the coolant tube has:

a pipe section (482) with a diameter that is substantially smaller than the diameter of the coolant pipe (471);

a diameter transition piece (531) attached at its upper end to the lower end of the coolant pipe (471) and at its lower end to the pipe section (482);

an end plug (492) attached to the lower end of the tube section (482) and engaging the lower anchor plate (241), the end plug being provided with an elongated elongated shaft (62) having a different circular cross-section which fits into one matching cavity (63) is fitted in the lower anchor plate (241), thereby preventing the fixing member and the coolant tube (471) from rotating from a predetermined radial position;

a plurality of holes (59) formed in the lower end of the tube section (482) for admitting coolant therein; and an axially extending passage (61) formed in the diameter transition piece (531) for passing coolant from the pipe section (482) into the coolant pipe (471).

13. A fuel assembly according to claim 12, characterized by two spacer retaining lugs (57) which are axially spaced and are attached to the coolant tube (471) and extend radially above and below the spacer (26) in order to limit its axial displacement when the coolant tube (471) is in the predetermined radial position.

14. Fuel assembly according to one of claims 1 to 12, characterized by two axial spacing spacer retaining lugs (57) which are fastened to the coolant tube (47) and extend radially above and below the spacer (26) in order to axially displace them limit when the coolant tube (47) is in a predetermined radial position.

15. Fuel element according to one of claims 1 to 14, characterized in that the spacer (26) is designed as a ferrule and has a peripheral retaining band (44) with

5

10th

15

20th

25th

30th

35

40

45

50

55

60

65

3rd

672 558

extending upward and inwardly curved coolant flow deflection flaps (46) is provided.

16. Fuel element according to one of claims 1 to 15, characterized by at least one partial length fuel rod (221) which is fastened on the lower anchor plate (24) and between one third and two thirds the length of the full length fuel rods (22 ) extends.

17. The fuel assembly according to claim 16, characterized in that the partial length fuel rod (221) has a length of approximately half of the full length fuel rods (22).

18. Fuel element according to claim 16 or 17, characterized by four part-length fuel rods (221), which are each arranged in a fuel rod position immediately inward of the corner fuel rods (22) of the fuel element (21).